【正文】 擬地與數(shù)字地分開鋪銅。所以系統(tǒng)采用兩節(jié) 的電池為電源芯片供電，在~ 的輸入電壓時具有輸出電壓 、輸出電流 140mA 的供電能力。 電源模塊 電源模塊是電子設(shè)備較為重要的部分，系統(tǒng)所有芯片能夠正常工作的前提是能夠正確供電。采用 CSRBC4+8M FLASH 方案，具有PIO0PIO1 AIO0、 AIO USB、 PCM、 UART 及 SPI 接口，模塊內(nèi)置 8M FLASH，功能強大，用戶可制定軟件，適用于各種藍牙設(shè)備，內(nèi)置 RF 天線，便于調(diào)試。 (2) 模塊有 3 個數(shù)字電源供電引腳， 1 個模擬電源供電引腳以及相應的 接地引腳。通過標準庫函數(shù)的方式，使用戶可以方便地訪問和使用 STM32L 的各個標準外設(shè)，屏蔽了底層硬件細節(jié)。 MCU 控制模塊 便攜式醫(yī)學儀器與傳統(tǒng)醫(yī)學儀器設(shè)計的區(qū)別主要表現(xiàn)在前者高度重視小型化和低功耗設(shè)計 [18]，同時增強了操作的易用性和通信等功能。圖 34 所示為帶通濾波和二級放大電路連接圖。 INA333在其擴展的工業(yè)溫度范圍內(nèi)采用自動校準技術(shù)來確保其準確精度，同時提供極低的噪聲密度 ( Hz/Vn50 )。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖 32所示。可設(shè)計高、低通濾波器來壓縮頻帶，濾除該頻帶以外的干擾信號。 采集傳輸系統(tǒng)硬件設(shè)計 根據(jù) 硬件 設(shè)計原則和系統(tǒng) 的 功能要求， 本文中采集傳輸系統(tǒng)應當具有設(shè)計簡單、抗干擾能力強、體積小、功耗低的特點，將系統(tǒng)按如下五個主要模塊進行設(shè)計： (1)前置放大模塊； (2)濾波及二級放大模塊； (3) MCU 控制模塊； (4)藍牙 傳輸模塊； (5)電源模塊； 下面將對上述各個模塊分別做詳細的分析。 系統(tǒng)硬件總體框圖 該采集傳輸系統(tǒng)總體可分為模擬和數(shù)字兩部分。為系統(tǒng)設(shè)計過程中相關(guān)技術(shù)的選取和參數(shù)的確定做了必要的鋪墊。藍牙的跳頻速度為 1600hops/s，即每隔 625μs 改變一次通信頻道。 (3)肌電干擾 [15] 肌電干擾是由人體活動 、 肌肉緊張 等產(chǎn)生的 皮膚電勢引起的，經(jīng)研究證實，大約有 30mV 的電勢在人體內(nèi)外表皮層中存在， 其 隨著人體皮膚的運動發(fā)生波動， 并會 隨著電極的采集進入前置放大電路并進行放大，從而造成心電信號存在噪聲 。臨床上廣泛應用的是標準 12 導聯(lián)系統(tǒng)。其具有以下特點： (1)微弱性：心電信號的幅度一般只有 ～ 5mV，均值在 1μV，很容易受到干擾的影響。它代表兩側(cè)心室?。òㄐ氖议g隔肌）的電激動過程。通過電極對心電信號進行提取，可以畫出心電信號的電壓幅度隨著時間變化的圖形，如圖 21 所示，即為一個典型的正常心電波形 [11]。 (4)對整個系統(tǒng)的設(shè)計以及測試結(jié)果做了分析與總結(jié)，并提出了系統(tǒng)今后的改進方向。 近年來 ，隨著 藍牙 無線傳輸 技術(shù) 的 重大發(fā)展 ， 藍牙技術(shù)成功地應用在計算機與移動電話之中 ， 可用于替代便攜或固定電子設(shè)備上使 用的電纜或連線 。 DCG 功能強大，能夠 在較長的時間范圍內(nèi)監(jiān)測患者的心電狀況 ，能夠檢測出心律失常和心肌缺血等一些常規(guī) ECG 不易發(fā)現(xiàn)疾病。 此外， 傳統(tǒng)醫(yī)療監(jiān)護系統(tǒng)采用的線纜連接 ， 體積和功耗往往 較大，限制了病人和醫(yī)護人員的行動，造成很大的不便。 在我國，因心血管疾病而死亡的人數(shù)占總死亡人數(shù)的 44%， 根據(jù)《 2020 年中國慢性心臟病年報》顯示，國內(nèi)每年近 50%的死亡病例為冠心病，且該數(shù)字在逐年遞增 [2]。系統(tǒng)以低功耗、便攜式為設(shè)計原則，標準化、模塊化為設(shè)計思想 ，提出并實現(xiàn)了系統(tǒng)硬件電路方案，完成了初始化和系統(tǒng)應用軟件的設(shè)計，并對軟硬件進行了聯(lián)合調(diào)試。 2．本人在畢業(yè)設(shè)計（論文）中引用他人的觀點和研究成果，均在文中加以注釋或以參考文獻形式列出，對本文的研究工作做出重要貢獻的個人和集體均已在文中注明。s increasing demands for health, making portable ECG monitoring system more and more paper based on the embedded microcontroller STM32L151C8 and the lowpower Bluetooth chip HC06, gives the design of a portable ECG data acquisition and wireless transmission s ystem with low power and portable as design principles, standardization and modular as design thoughts, implements hardware circuit scheme, pletes the initialization and the design of system application software, and the software and hardware joint results show that the design of hardware and software of the proposed ECG acquisition and wireless transmission system is feasible, and its power consumption, speed and volume,has unique advantages and good prospects for development. Key words： ECG 。國際上醫(yī)學界人士已經(jīng)通過對心電信號的特征、規(guī)律的研究對部分相關(guān)病變做出早期預測和及時診斷。其在1903年采用弦線電流計，第一次將體表心電圖記錄在感光膠片上 [5]。自 1978年我國開始引進此項技術(shù)以來 ， 臨床應用逐步深入 ， 成為心血管疾病診斷領(lǐng)域中的實用、高效、無創(chuàng)、安全、準確、可重復性強的重要檢查方法 [8]。 然而隨身攜帶的便攜式心電監(jiān)護儀在我國并未能夠很好的普及，究其原因，有以下幾個方面： (1)記錄的心電信息極其有限，醫(yī)生從中難以得到患者全面的心電信息，從而降低了醫(yī)生對疾病診斷的正確率； (2)費用較為昂貴，動輒幾千乃至上萬元，一般的患者難以承受； (3)實時性、體積、功耗、重量等都不盡如人意，給患者在使用過程中造成諸多不便 ； 綜上所述，低成本，低功耗的便攜式心電無線傳輸系統(tǒng)將是心電監(jiān)護系統(tǒng)未來的發(fā)展方向。圍繞在心臟周圍的組織和體液都具有導電性，這些微小電流總和就通過組織及體液傳導反映到體表上來。 長春理工大學本科畢業(yè)設(shè)計 5 PR 間期：是從 P 波起點到 QRS 波群起點的相隔時間。 ST 段：由 QRS 波群結(jié)束到 T 波開始的平線， ST 段下降不應低于 毫伏。由于這個特征在整個心電信號圖中非常明顯，因此對 QRS 波形的檢測變得非常容易識別。 心電信號的干擾分析 心電信號作為心臟電活動在人體體表的表現(xiàn)，幅度僅為 10μV~4mV，這導致其極易受到外界環(huán)境的干擾，引起 ECG 信號的異常。 由以上分析可得： ECG 信號中的干擾和噪聲存在頻帶寬、幅度大的特點，在進行心電信號采集時必須進行預處理，否則采集出的心電數(shù)據(jù)將失去分析與處理的意義。 標準狀態(tài)下藍牙的發(fā)射功率僅為 mW 級 ； (5)藍牙芯片的成本相對較低 ， 且有進一步下降的趨勢 。因此，在硬件開發(fā)過程中，要有針對性的進行器件的選擇和設(shè)計，可以遵循以下規(guī)則： (1)選擇合適的處理器，以減少硬件復雜度并降低成本。 硬件 系統(tǒng) 設(shè)計 框圖如圖 31 所示 ： 前 置 放 大 電 路右 腿 驅(qū) 動 電 路高通濾波低通濾波二級放大M C US T M 3 2 L1 5 1 C 8藍牙模塊串口通信 心電電極電 源 模 塊R LL AR A 圖 31 心電無線傳輸 系統(tǒng)設(shè)計框圖 如圖 31 所示 ， 在人體右手 (RA)，左手 (LA)和左腿 (LF)任意兩 處放置 心電 電極來采集人體心電信號，組成一 路 差分信號。 該電路模塊在參數(shù)選取方面需要考慮以下幾項 [17]： (1)高共模抑制比 (CMRR)：周圍環(huán)境的工頻干擾和極化電壓均在電路中表現(xiàn)為共模干擾，所以放大器必 須具備很高的共模抑制比。一般為了抑制零點漂移，提高共模抑制比，應該分多級實現(xiàn)放大。可由 1 腳、 8 腳之間的外部電阻 RG 進行 1~1000 的增益調(diào)節(jié)，行業(yè)標準的增益公式為： G=1+100kΩ/RG。差 分放大方式確保了高的共模抑制比。由放大器虛短虛斷可得到 OPA2330 第 5 管腳的電壓公式 (32)： 長春理工大學本科畢業(yè)設(shè)計 13 dt)V21V(CR 1V21V 2t1t CCO U T66CCR E F ? ?? (32) 由公式 (31)和公式 (32)，可推導得出高通濾波后的心電信號的傳遞函數(shù)如公式(33)所示： ccV211SCR SCRGVV 66 66id1O U T ???? (33) 取時間常數(shù)： t=，由此可得到其轉(zhuǎn)折頻率如式 (34)所示，由此濾除 以下的低頻噪聲。 所有型號的器件都包含 1 個 12 位的 ADC、 2 個 DAC 和2 個超低功耗比較器， 6 個通用 16 位定時器和 2 個基本定時器。該芯片 封裝 尺寸 小 ， 功耗低 ，在設(shè)計中使得整個系統(tǒng)的運行效率、穩(wěn)定性、生產(chǎn)成本等都比同類系統(tǒng)有了較大的提升。標準的 SWD 接口是 5 根線： VCC、SWDIO、 SWCLK、 NRST、 GND。 長春理工大學本科畢業(yè)設(shè)計 16 圖 37 HC06 外圍電路 藍牙技術(shù)以無線方式在設(shè)備之間傳輸和接收數(shù)據(jù)，目前最流行的主機控制器接口是 UART（通用異步收發(fā)器）或者 USB（通用串行總線）鏈路，但 UART更為簡單的傳輸協(xié)議大大降低了軟件的開銷，是比較經(jīng)濟的解決方案，所以 本設(shè)計采用 藍牙芯片 的 UART 串口 。 是一款高效率的輸出斷接的同步升壓 DC/DC 轉(zhuǎn)換器，其轉(zhuǎn)換效率高達 95%，開啟轉(zhuǎn)換的輸入電壓可低至 1V。 PCB 的布局是按電路模塊按從左到右或從上至下進行的，一個模塊中的元件應 采用就近集中原則。 PCB 板整體布局布線的效果如圖 39 所示，該 PCB 為雙層板，總的大小為43mm50mm。電源模塊測試完成后，調(diào)試 INA333 的儀表放大電路。 長春理工大學本科畢業(yè)設(shè)計 20 圖 312 二級放大后的電路輸入輸出信號波形 受信號源幅值、 INA333 共模輸入電壓和輸出信號電位值的限制，在測試時對放大倍數(shù)做了適當修改。 長春理工大學本科畢業(yè)設(shè)計 21 第 4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 軟件設(shè)計的開發(fā)環(huán)境 本系統(tǒng)所使用的微控制器 STM32L 系列為 ARM CortexM3 內(nèi)核，可以使用IAR 或 Keil MDKARM 等軟件開發(fā)環(huán)境，本文選用了 Keil μVision4 版本。 ADC 的基準電壓源由內(nèi)部基準電壓源連接到 VCC()上。系統(tǒng)選取的 模數(shù)轉(zhuǎn)換通道在 PA0 上 ， 所以首先使能 A 端口時鐘 ， 將 PA0 設(shè)置為模擬輸入。在保證心電數(shù)據(jù)正常傳輸?shù)那闆r下，將波特率設(shè)置為相對低速而穩(wěn)定的 9600bps，數(shù)據(jù)幀為 8NI 模式 ，即 8 位數(shù)據(jù)位，無校驗位， 1 位停止位 。本文根據(jù)目前國內(nèi)外心電監(jiān)護系統(tǒng)的發(fā)展狀況，并結(jié)合目前成熟的藍牙通信技術(shù)，以嵌入式微功耗芯片 STM32L151C8 和低功耗藍牙 RF 模塊 HC06 為核心，設(shè)計了系統(tǒng)硬件電路及系統(tǒng)應用軟件，實現(xiàn)了心電信號 采集及藍牙無線傳輸?shù)墓δ?。因此可調(diào)整濾波電路，以達到更好的放大濾波效果； (2)系統(tǒng)可結(jié)合現(xiàn)在日益成熟的網(wǎng)絡(luò)多媒體技術(shù)，使得整個系統(tǒng)具有更多的應用空間和應用領(lǐng)域。感謝我的閨蜜，感謝我的知己，他們是我這輩子最大的財富。 RCC_ClocksTypeDef RCC_Clocks。 長春理工大學本科畢業(yè)設(shè)計 31 /* Private functions */ /* * brief Main program * param None * retval None */ int main(void) { /*! At this stage the microcontroller clock setting is already configured, this is done through SystemInit() function which is called from startup file () before to branch to application main. To reconfigure the default setting of SystemInit() function, refe